本發(fā)明涉及一種三相不平衡控制方法，具體涉及一種多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開(kāi)關(guān)控制方法。

背景技術(shù)：

在低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中，存在大量的單相、不對(duì)稱負(fù)荷，三相負(fù)荷運(yùn)行隨機(jī)變化，這些負(fù)荷會(huì)使配電系統(tǒng)產(chǎn)生三相不平衡，導(dǎo)致供電系統(tǒng)三相電壓、電流的不平衡，產(chǎn)生負(fù)序電壓和負(fù)序電流，降低供電電能質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)影響用戶的正常用電，同時(shí)增加線路及變壓器損耗，降低供電可靠性，甚至?xí)鸫竺娣e停電，中性線燒斷等嚴(yán)重的后果。

三相不平衡治理是為保證電網(wǎng)穩(wěn)定，提高電能質(zhì)量，降低線路損耗的一種重要手段，而利用換相開(kāi)關(guān)進(jìn)行三相不平衡治理是目前一種主要的調(diào)節(jié)方式。在利用換相開(kāi)關(guān)進(jìn)行三相不平衡治理的過(guò)程中，需要綜合考慮電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的多種復(fù)雜工況，同時(shí)又要兼顧開(kāi)關(guān)切換壽命及切換頻率，在保證換相過(guò)程不停電，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)沖擊的前提下，配網(wǎng)三相不平衡治理的應(yīng)用，將大幅提高配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平。

最先應(yīng)用于三相不平衡治理的裝置是投切交流接觸器，這是一種傳統(tǒng)的負(fù)載投切方式，由于三相交流電的相位互成120°，對(duì)交流接觸器投切控制，理論上不存在最佳操作相位點(diǎn)，使得它投入或切除電網(wǎng)時(shí)，要產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)的過(guò)渡過(guò)程，；在切換容性負(fù)載時(shí)，由于容性負(fù)載電壓不能瞬變，交流接觸器投切電網(wǎng)時(shí)，由于其相位點(diǎn)是隨機(jī)的，所以會(huì)產(chǎn)生幅值很大、頻率很高的浪涌電流。

新型換相開(kāi)關(guān)三相不平衡治理裝置采用接觸器與晶閘管并聯(lián)使用的方式，結(jié)合接觸器運(yùn)行功耗小和晶閘管開(kāi)關(guān)速度快的特點(diǎn)。新型換相開(kāi)關(guān)三相不平衡治理裝置同時(shí)具備了交流接觸器和電力電子投切開(kāi)關(guān)二者的優(yōu)點(diǎn)，換相過(guò)程不停電，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)無(wú)沖擊。對(duì)于配電網(wǎng)的三相不平衡治理需在片區(qū)內(nèi)安裝多套新型換相開(kāi)關(guān)，因此需要考慮電網(wǎng)運(yùn)行的多種復(fù)雜工況，通過(guò)換相開(kāi)關(guān)的動(dòng)作來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載在電網(wǎng)中的分配，達(dá)到三相平衡的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)三項(xiàng)不平衡治理裝置的控制策略，本發(fā)明的目的是提供一種多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開(kāi)關(guān)控制方法，可定期主動(dòng)監(jiān)測(cè)負(fù)載情況，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅考慮到開(kāi)關(guān)故障情況、開(kāi) 關(guān)壽命等多種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，同時(shí)做到了盡量避免大電流換相、盡量避免某一開(kāi)關(guān)頻繁換相等關(guān)鍵技術(shù)，尋求最優(yōu)化開(kāi)關(guān)動(dòng)作方案，最終使得三相電流達(dá)到平衡。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開(kāi)關(guān)控制方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟：

步驟1：根據(jù)采樣電流計(jì)算出對(duì)應(yīng)的三相電流不平衡度；

步驟2：在三相不平衡開(kāi)關(guān)接入電網(wǎng)進(jìn)行工作后，控制器根據(jù)設(shè)定的時(shí)間周期，循環(huán)檢測(cè)三相電流值及各相電流的不平衡度，若三相電流平衡，則不做任何操作，等待下一次檢測(cè)指令；

步驟3：若發(fā)現(xiàn)某相電流不平衡度超過(guò)設(shè)定值10％-15％(設(shè)定值可根據(jù)具體需要選定)，則控制策略為判斷變壓器負(fù)荷情況，再調(diào)節(jié)三相不平衡開(kāi)關(guān)；

步驟4：進(jìn)入至三相不平衡開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)，控制器將首先將所有開(kāi)關(guān)的所有狀態(tài)進(jìn)行排列組合，遍歷全部開(kāi)關(guān)變換方案，并存儲(chǔ)所有開(kāi)關(guān)變換方案對(duì)應(yīng)的三相電流不平衡度，進(jìn)而進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。

進(jìn)一步地，所述步驟1中，根據(jù)采樣電流計(jì)算出對(duì)應(yīng)的三相電流不平衡度的公式如下：

其中：ε為電流不平衡度，為三相電流平均值，i為某一相電流。

進(jìn)一步地，所述步驟2中，設(shè)定的時(shí)間周期為定時(shí)檢測(cè)一次不平衡現(xiàn)象的時(shí)段，如每一小時(shí)檢測(cè)一次；當(dāng)某一相不平衡度大于10％就認(rèn)為發(fā)生了電流不平衡。

進(jìn)一步地，所述步驟3中，判斷變壓器負(fù)荷情況包括：

1)若變壓器處于低負(fù)荷運(yùn)行低于變壓器額定負(fù)載的30％，則為低負(fù)荷，則暫時(shí)不做任何操作，等待下一次檢測(cè)指令；

2)若變壓器處于中度負(fù)荷狀態(tài)：變壓器負(fù)載在其額定負(fù)載的30％-70％之間，則定時(shí)器(此處定時(shí)器為控制器中的定時(shí)器，用于測(cè)量不平衡現(xiàn)象持續(xù)的時(shí)間)打開(kāi)，監(jiān)測(cè)一段時(shí)間(可設(shè)定為3分鐘)，若在檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)，三相電流回歸平衡狀態(tài)，則直接跳回下一次檢測(cè)，同時(shí)定時(shí)器歸零；三相不平衡狀態(tài)超時(shí)，則控制策略進(jìn)入下一步執(zhí)行調(diào)節(jié)程序；

3)若變壓器處于高負(fù)荷狀態(tài)：變壓器負(fù)載大于變壓器額定負(fù)載的70％，則為高負(fù)荷，則執(zhí)行調(diào)節(jié)程序。

進(jìn)一步地，所述步驟4中，多目標(biāo)優(yōu)化包括下述步驟：

<1>在存儲(chǔ)的全部開(kāi)關(guān)狀態(tài)后，第一步優(yōu)化為去除故障開(kāi)關(guān)變換方案；

<2>排除大電流變化方案；

<3>比較各剩余方案參與動(dòng)作開(kāi)關(guān)數(shù)量，確定最優(yōu)化方案。

進(jìn)一步地，所述步驟<1>中，由控制器獲取的數(shù)據(jù)，明確故障開(kāi)關(guān)，故障開(kāi)關(guān)包括：①開(kāi)關(guān)與控制器通訊不成功；②開(kāi)關(guān)通訊成功但不能完成換相；③開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

進(jìn)一步地，所述步驟<2>中，在電網(wǎng)運(yùn)行中，如果發(fā)現(xiàn)需要?jiǎng)幼鞔箅娏鲹Q相來(lái)進(jìn)行三項(xiàng)不平衡調(diào)節(jié)，則造成新的三相不平衡現(xiàn)象，并且將大電流切換至另外一相也會(huì)增加目標(biāo)相的負(fù)擔(dān)，排除大電流變化方案會(huì)自主回避大電流換相方案；所述大電流變化方案為避免使得目標(biāo)相電流超過(guò)導(dǎo)線載流量的方案(如目標(biāo)相導(dǎo)線載流量為100a，未換相時(shí)該相導(dǎo)線上已經(jīng)存在40a左右的電流，而預(yù)換相的開(kāi)關(guān)則控制著60a的電流，則本策略將主動(dòng)阻止將60a換至40a的目標(biāo)相，以確保線路的安全性)。

進(jìn)一步地，所述步驟<3>中，在三項(xiàng)不平衡調(diào)節(jié)過(guò)程中，選擇參與開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)最少的方案，即最優(yōu)化方案。

進(jìn)一步地，當(dāng)出現(xiàn)無(wú)論任何一種方案，都無(wú)法將三相電流調(diào)節(jié)平衡或所有開(kāi)關(guān)全部故障的電網(wǎng)極端運(yùn)行方案時(shí)，在所有開(kāi)關(guān)的排列組合中，自主選擇出最接近平衡的方案進(jìn)行調(diào)節(jié)動(dòng)作；在所有開(kāi)關(guān)全部發(fā)生故障的情況，在保持所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變的情況下，第一時(shí)間向控制器報(bào)警。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：

1)三相不平衡治理：能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)三相不平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)，使三相支路平均分配負(fù)荷，降低三相不平衡引起的三相負(fù)載及變壓器損耗，提高供電質(zhì)量和供電可靠性，降低用戶投訴率；

2)自主尋求開(kāi)關(guān)動(dòng)作最少方案：在換相調(diào)節(jié)過(guò)程中，參與動(dòng)作的開(kāi)關(guān)越多，越容易引起電網(wǎng)的不平穩(wěn)，因此應(yīng)當(dāng)盡量尋找參與動(dòng)作的開(kāi)關(guān)數(shù)最少的方案。

3)部分開(kāi)關(guān)故障不影響工作：換相調(diào)節(jié)過(guò)程中，部分開(kāi)關(guān)發(fā)生故障，控制策略可迅速識(shí)別并尋找排除故障開(kāi)關(guān)動(dòng)作的最優(yōu)方案，保證電流不平衡調(diào)節(jié)正常進(jìn)行，提高供電質(zhì)量；

4)避免大電流變化：三相不平衡調(diào)節(jié)過(guò)程中，如大電流換相，會(huì)對(duì)目標(biāo)相產(chǎn)生較大沖擊，容易造成新的不平衡，因此應(yīng)避免大電流換相。本策略會(huì)主動(dòng)回避大電流換相動(dòng)作。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開(kāi)關(guān)控制方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明提供的多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開(kāi)關(guān)控制策略總體示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過(guò)程的以及其他的改變。實(shí)施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書(shū)的整個(gè)范圍，以及權(quán)利要求書(shū)的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”來(lái)表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開(kāi)了超過(guò)一個(gè)的發(fā)明，不是要自動(dòng)地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。

本發(fā)明提供一種多目標(biāo)優(yōu)化的三相不平衡開(kāi)關(guān)控制方法，針對(duì)三項(xiàng)不平衡開(kāi)關(guān)的控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并由控制器完成控制策略的全部?jī)?nèi)容，包括下述步驟：

步驟1：根據(jù)采樣電流計(jì)算出對(duì)應(yīng)的三相電流不平衡度。

步驟2：在三相不平衡開(kāi)關(guān)接入電網(wǎng)進(jìn)行工作后，控制器根據(jù)設(shè)定的時(shí)間周期，循環(huán)檢測(cè)三相電流值及各相電流的不平衡度，若三相電流平衡，則不做任何操作，等待下一次檢測(cè)指令；

步驟3：若發(fā)現(xiàn)某相電流不平衡度超過(guò)設(shè)定值(設(shè)定值是多大，提供數(shù)據(jù)范圍)，則控制策略為判斷變壓器負(fù)荷情況，再調(diào)節(jié)三相不平衡開(kāi)關(guān)；

變壓器符合情況判斷具體為：

1)如變壓器處于低負(fù)荷運(yùn)行，則暫時(shí)不做任何操作，等待下一次檢測(cè)；

2)如變壓器處于中度負(fù)荷狀態(tài)，則定時(shí)器打開(kāi)，監(jiān)測(cè)一段時(shí)間(時(shí)長(zhǎng)預(yù)設(shè))，若在檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)，三相電流回歸平衡狀態(tài)，則直接跳回下一次檢測(cè)，同時(shí)定時(shí)器歸零；三相不平衡狀態(tài)超時(shí)，則控制策略進(jìn)入下一步執(zhí)行調(diào)節(jié)程序；

3、如變壓器處于高負(fù)荷狀態(tài)，則調(diào)節(jié)策略立即執(zhí)行。

步驟4：進(jìn)入至三相不平衡開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)，控制器將首先將所有開(kāi)關(guān)的所有狀態(tài)進(jìn)行排列組合，遍歷全部開(kāi)關(guān)變換方案，并存儲(chǔ)所有開(kāi)關(guān)變換方案對(duì)應(yīng)的三相電流不平衡度，進(jìn)而進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，包括：

<1>在存儲(chǔ)的全部開(kāi)關(guān)狀態(tài)后，第一步優(yōu)化為去除故障開(kāi)關(guān)動(dòng)作方案。由控制器獲取的數(shù) 據(jù)，可明確故障開(kāi)關(guān)。

<2>第二步優(yōu)化：排除大電流變化方案。在電網(wǎng)運(yùn)行中，如果發(fā)現(xiàn)需要?jiǎng)幼鞔箅娏鲹Q相來(lái)進(jìn)行三項(xiàng)不平衡調(diào)節(jié)，則造成新的三相不平衡現(xiàn)象，并且將大電流切換至另外一相也會(huì)增加目標(biāo)相的負(fù)擔(dān)，排除大電流變化方案會(huì)自主回避大電流換相方案；所述大電流變化方案為避免使得目標(biāo)相電流超過(guò)導(dǎo)線載流量的方案(如目標(biāo)相導(dǎo)線載流量為100a，未換相時(shí)該相導(dǎo)線上已經(jīng)存在40a左右的電流，而預(yù)換相的開(kāi)關(guān)則控制著60a的電流，則本策略將主動(dòng)阻止將60a換至40a的目標(biāo)相，以確保線路的安全性)。

<3>進(jìn)行完前兩項(xiàng)優(yōu)化后，進(jìn)入最終的動(dòng)作開(kāi)關(guān)數(shù)目選擇優(yōu)化。在三項(xiàng)不平衡調(diào)節(jié)過(guò)程中，在一次換相調(diào)節(jié)的方案中，應(yīng)避免過(guò)多開(kāi)關(guān)參與換相動(dòng)作，因?yàn)樵蕉嗟碾娏鲹Q相會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)越多的不穩(wěn)定因素，選擇參與動(dòng)作次數(shù)最少的方案，即最優(yōu)化方案。

<4>在電網(wǎng)的復(fù)雜運(yùn)行過(guò)程中，還可能出現(xiàn)兩種極端情況，一是無(wú)論任何一種方案，都無(wú)法將三相電流調(diào)節(jié)平衡；二是所有開(kāi)關(guān)全部故障。本策略還考慮到這兩種極端情況，針對(duì)無(wú)法調(diào)節(jié)平衡的情況，本策略會(huì)在所有開(kāi)關(guān)的排列組合中，自主選擇出最接近平衡的方案進(jìn)行調(diào)節(jié)動(dòng)作；而在所有開(kāi)關(guān)均發(fā)生故障的情況，本策略會(huì)在保持所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變的情況下，第一時(shí)間向控制器報(bào)警。在此需要指出的是，只要不是所有開(kāi)關(guān)都損壞的極端情況，本策略原則上都能需找到一個(gè)相對(duì)合適的調(diào)解方案，同時(shí)在保證不斷電的情況下，給維修開(kāi)關(guān)一個(gè)緩沖時(shí)間。

本控制策略具體技術(shù)流程圖見(jiàn)圖1，總體示意圖如附圖2所示。

本發(fā)明引入權(quán)重函數(shù)，將三相不平衡調(diào)節(jié)的工程實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)換成多目標(biāo)優(yōu)化的數(shù)學(xué)問(wèn)題，并最終按照優(yōu)化結(jié)果實(shí)施開(kāi)關(guān)換相動(dòng)作。

權(quán)重函數(shù)是用于比較多種方案的優(yōu)劣性的，比如符合平衡的調(diào)節(jié)方案有很多種，一種是動(dòng)一個(gè)開(kāi)關(guān)就能調(diào)節(jié)平衡，一種是動(dòng)三個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)平衡，那么我們就應(yīng)選擇動(dòng)一個(gè)開(kāi)關(guān)的方案。權(quán)重函數(shù)用于評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣性，如獲得多個(gè)方案均可將不平衡電流調(diào)節(jié)平衡，那么就需要程序最終決定采用哪個(gè)方案，此時(shí)用到權(quán)重函數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。權(quán)重函數(shù)根據(jù)各優(yōu)化目標(biāo)占據(jù)的重要程度分配權(quán)重值，優(yōu)化目標(biāo)主要有：1、參與動(dòng)作的開(kāi)關(guān)數(shù)量；2、需要變換的電流值；3、開(kāi)關(guān)故障情況等。具體各優(yōu)化目標(biāo)的最終占比應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行不斷調(diào)整，最終確定。權(quán)重函數(shù)公式可設(shè)定為：

f(i)＝a％×p(i)+b％×q(i)+c％×m(i)(2)

其中，f代表方案的評(píng)價(jià)值，a％為優(yōu)化目標(biāo)1的占比系數(shù)，b％為優(yōu)化目標(biāo)2的占比系數(shù)，c％為優(yōu)化目標(biāo)3的占比系數(shù)，p(i)為參與動(dòng)作的開(kāi)關(guān)數(shù)量，q(i)代表：如大電流參與變 化，則q加1，m(i)代表：如果故障開(kāi)關(guān)參與了動(dòng)作，則m加1000。通過(guò)權(quán)重函數(shù)，最終得到各方案的評(píng)價(jià)值，取值最小的，即為最優(yōu)結(jié)果。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。